JP2014190370A - 動力伝達軸 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動抵抗の低減を図りながら、コストの低減を図ることが可能な動力伝達軸を提供する。
【解決手段】動力伝達軸１００は、外周面１ａに外歯スプライン１１が形成されたシャフト１と、内周面２ａに内歯スプライン２１が形成されたスリーブ２とを備え、シャフト１およびスリーブ２がスプライン嵌合されている。そして、内歯スプライン２１の表面にはＮｉＰめっき２２が施され、ＮｉＰめっき２２に対して熱処理が行われていない。
【選択図】図２

Description

本発明は、スプライン嵌合構造を備えた動力伝達軸に関する。

従来、外周面に外歯スプラインが形成された内軸と、内周面に内歯スプラインが形成された外軸とを備えた動力伝達軸が知られている（たとえば、特許文献１参照）。このような動力伝達軸は、内軸および外軸がスプライン嵌合されており、内軸および外軸が周方向において係合されるとともに、内軸および外軸が軸方向に相対的に移動（摺動）可能に構成されている。

特許文献１のプロペラシャフト（動力伝達軸）では、スプラインシャフト（内軸）の表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティングが施されている。これにより、プロペラシャフトのスプライン部での摺動抵抗が低減されている。

特開２００７−１７７９５５号公報

しかしながら、特許文献１のプロペラシャフトでは、ＤＬＣコーティングにより摺動抵抗の低減を図ることが可能であるが、コストが高いという問題点がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、摺動抵抗の低減を図りながら、コストの低減を図ることが可能な動力伝達軸を提供することである。

本発明による動力伝達軸は、外周面に外歯スプラインが形成された内軸と、内周面に内歯スプラインが形成された外軸とを備え、内軸および外軸がスプライン嵌合されている。そして、内歯スプラインの表面には無電解ニッケルりんめっきが施され、無電解ニッケルりんめっきに対して熱処理が行われていない。

このように構成することによって、母材（外軸）よりも低硬度のコーティングを施すことにより、歯面（接触面）のなじみを向上させることができるので、摺動抵抗の低減を図ることができる。また、無電解ニッケルりんめっきによりコーティングを施すことによって、ＤＬＣによりコーティングを施す場合などに比べて、コストの低減を図ることができる。

上記動力伝達軸において、無電解ニッケルりんめっきに対して熱処理が行われていないことにより、無電解ニッケルりんめっきの硬度が外軸の硬度よりも低くされていてもよい。

上記動力伝達軸において、内歯スプラインは、外歯スプラインに比べて歯面が平坦に形成されていてもよい。

本発明の動力伝達軸によれば、摺動抵抗の低減を図りながら、コストの低減を図ることができる。

本発明の一実施形態による動力伝達軸を示した一部破断側面図である。 図１の動力伝達軸のスプライン嵌合構造を軸方向から示した断面図である。 図２のスプライン嵌合構造の接触面を拡大して模式的に示した断面図である。 実施例による動力伝達軸（コーティングあり）および比較例による動力伝達軸（コーティングなし）について静スライド抵抗および動スライド抵抗と摺動回数との関係を示したグラフである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

−動力伝達軸の概略−
図１は、本発明の一実施形態による動力伝達軸を示した一部破断側面図である。図２は、図１の動力伝達軸のスプライン嵌合構造を軸方向から示した断面図である。まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態による動力伝達軸１００の概略について説明する。この動力伝達軸１００は、たとえば、ＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）形式の二輪駆動車両における自動変速機１５０の出力側とプロペラシャフト１６０の入力側との間に設けられており、自動変速機１５０から出力される動力をプロペラシャフト１６０に伝達するように構成されている。

動力伝達軸１００は、図１に示すように、スプライン嵌合されるシャフト１およびスリーブ２を備えている。このため、動力伝達軸１００は、シャフト１およびスリーブ２が周方向（図２のＲ方向）において係合されることにより、回転軸Ｃを中心にして回転可能であり、かつ、シャフト１およびスリーブ２が軸方向（Ｘ１およびＸ２方向）に相対的に移動（摺動）されることにより、軸方向に伸縮可能に構成されている。なお、シャフト１は、本発明の「内軸」の一例であり、スリーブ２は、本発明の「外軸」の一例である。

シャフト１は、エンジンなどの動力源の出力を変速する自動変速機１５０の出力軸であり、トランスミッションケース１５１内に回転自在に収容されている。このシャフト１は、たとえば、Ｓ材（炭素鋼材）またはＳＣｒ材（クロム鋼材）などの鋼材製である。また、シャフト１は、軸方向に延びるように形成されるとともに、一方端側（Ｘ２方向側）が円柱状に形成されている。

シャフト１の外周面１ａには、図２に示すように、凹凸状の外歯スプライン１１が形成されている。具体的には、シャフト１の外周面１ａには、周方向（Ｒ方向）に所定の間隔を隔てて複数の凹状部が形成されるとともに、その凹状部が軸方向（Ｘ１およびＸ２方向）に沿って延びるように形成されている。これにより、隣接する凹状部の間に軸方向に沿って延びる凸状部が形成され、シャフト１の外周面１ａに凹凸状の外歯スプライン１１が形成されている。なお、外歯スプライン１１は、シャフト１の一方端側に形成されている。

スリーブ２は、軸方向に延びるように円筒状（中空状）に形成されている。このスリーブ２は、たとえば、Ｓ材またはＳＣｒ材などの鋼材製である。スリーブ２には、軸方向における一方端側（Ｘ２方向側）に自在継手１６１を介してプロペラシャフト１６０が連結されている。プロペラシャフト１６０には、デファレンシャル装置などを介して駆動輪（後輪）が連結されている。また、スリーブ２は、他方端側（Ｘ１方向側）がトランスミッションケース１５１内に配置されている。

スリーブ２の内周面２ａには、図２に示すように、凹凸状の内歯スプライン２１が形成されている。具体的には、スリーブ２の内周面２ａには、周方向に所定の間隔を隔てて複数の凹状部が形成されるとともに、その凹状部が軸方向に沿って延びるように形成されている。これにより、隣接する凹状部の間に軸方向に沿って延びる凸状部が形成され、スリーブ２の内周面２ａに凹凸状の内歯スプライン２１が形成されている。

そして、シャフト１の外歯スプライン１１と、スリーブ２の内歯スプライン２１とによりスプライン嵌合構造５０が構成されている。具体的には、スプライン嵌合構造５０では、外歯スプライン１１の凸状部が内歯スプライン２１の凹状部に配置されるとともに、内歯スプライン２１の凸状部が外歯スプライン１１の凹状部に配置されており、外歯スプライン１１および内歯スプライン２１の凸状部が径方向において重なる部分が接触（係合）している。これにより、シャフト１およびスリーブ２が周方向（Ｒ方向）において係合され、シャフト１およびスリーブ２が軸方向（Ｘ１およびＸ２方向）に相対的に移動可能である。

また、スプライン嵌合構造５０では、外歯スプライン１１と内歯スプライン２１との間にＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルード）などの潤滑剤が介在されており、外歯スプライン１１と内歯スプライン２１との接触面（摺動面）Ｔでの摺動抵抗の低減が図られている。

−スプライン嵌合構造−
図３は、図２のスプライン嵌合構造の接触面を拡大して模式的に示した断面図である。次に、図２および図３を参照して、本実施形態のスプライン嵌合構造５０について詳細に説明する。

本実施形態のスプライン嵌合構造５０では、図２に示すように、スリーブ２の内歯スプライン２１の表面に、無電解ニッケルりんめっき（以下、「ＮｉＰめっき」という）２２が施されている。このＮｉＰめっき２２は、金属塩および還元剤などを含むめっき液に、母材（内歯スプライン２１が形成された状態のスリーブ２）を浸漬することにより形成される。なお、金属塩は、たとえば硫酸ニッケルまたは塩化ニッケルであり、還元剤は、たとえば次亜りん酸ナトリウムである。また、このめっき手法自体は公知の手法である。また、外歯スプライン１１にはＮｉＰめっきが施されておらず、内歯スプライン２１のみにＮｉＰめっき２２が施されている。

そして、内歯スプライン２１に施されたＮｉＰめっき２２に対して熱処理が行われていない。すなわち、ＮｉＰめっき２２は、析出された状態である。これにより、ＮｉＰめっき２２が熱処理により硬化されておらず、ＮｉＰめっき２２の硬度が鋼材からなる母材（スリーブ２）の硬度よりも低くされている。なお、ＮｉＰめっき２２の硬度は、たとえば、ビッカース硬度で５００Ｈｖ〜７００Ｈｖ程度である。

また、ＮｉＰめっき２２の厚みは、たとえば、数μｍ〜十数μｍ程度である。ＮｉＰめっき２２のりん含有率は、たとえば９％程度である。

また、本実施形態では、シャフト１の外周面１ａの外歯スプライン１１はホブ盤により形成されるのに対し、スリーブ２の内周面２ａの内歯スプライン２１はブローチ盤により形成されている。

ここで、ホブ盤による外歯車の切削加工およびブローチ盤による内歯車の切削加工は公知の切削加工である。具体的には、ホブ盤とは、円筒状の外周面に螺旋状に配置された多数の刃を有するホブと、ワーク（外歯スプライン１１が形成される前のシャフト１）とを回転させることにより、ホブの刃をワークの接線方向（ホブの軸方向）に送りながら、その刃によりワークを歯筋方向（ワークの軸方向）に切削する加工装置である。一方、ブローチ盤とは、外周面に刃が形成された棒状のブローチをワーク（内歯スプライン２１が形成される前のスリーブ２）から引き抜くことにより、ワークを切削する加工装置である。

このように、本実施形態では、外歯スプライン１１を形成する加工装置と、内歯スプライン２１を形成する加工装置とが異なることから、図３に示すように、その加工された切削面（歯面）１１ａおよび２１ａの状態が異なる。具体的には、外歯スプライン１１の切削面１１ａには軸方向（Ｘ１およびＸ２方向）に沿って凹凸が形成されるのに対し、内歯スプライン２１の切削面２１ａは切削面１１ａよりも平坦に形成されている。すなわち、本実施形態では、外歯スプライン１１に比べて平坦な内歯スプライン２１にＮｉＰめっき２２が形成されている。なお、ＮｉＰめっき２２は、膜厚がほぼ均一にされており、切削面２１ａをトレースするように形成されている。

−効果−
本実施形態では、上記のように、内歯スプライン２１の表面にＮｉＰめっき２２を施し、そのＮｉＰめっき２２に対して熱処理を行わないことによって、鋼材からなる母材（スリーブ２）よりも低硬度のコーティングを施すことにより、接触面（歯面）Ｔのなじみを向上させることができるので、摺動抵抗の低減を図ることができる。また、ＮｉＰめっき２２によりコーティングを施すことによって、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）によりコーティングを施す場合などに比べて、コストの低減を図ることができる。したがって、摺動抵抗の低減を図りながら、コストの低減を図ることができる。

さらに、接触面Ｔのなじみを向上させることにより、接触面Ｔの面圧を分散させることができるので、ＮｉＰめっき２２が摩耗（剥離）するのを抑制することができる。加えて、ＮｉＰめっき２２によりコーティングすることによって、シャフト１とスリーブ２とが金属同士で直接接触するのを抑制することができるので、シャフト１とスリーブ２とが凝着するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、ＮｉＰめっき２２に対して熱処理を行わないことによって、熱処理に起因する母材（スリーブ２）の焼き戻しが発生しないので、母材（スリーブ２）が焼き戻しにより軟化するのを防止することができる。

なお、低硬度のコーティングとしては樹脂コーティングも考えられるが、樹脂コーティングでは耐摩耗性が低く、コーティングの膜厚が大きくなるという問題点がある。これに対して、ＮｉＰめっき２２によるコーティングであれば、樹脂コーティングに比べて、摩耗を抑制するとともに、膜厚を小さくすることができる。

また、本実施形態では、外歯スプライン１１に比べて平坦な内歯スプライン２１にＮｉＰめっき２２を形成することによって、平坦なＮｉＰめっき２２の全体に外歯スプライン１１が接触されるので、外歯スプラインのみにＮｉＰめっきを形成する場合に比べて、ＮｉＰめっき２２を剥がれにくくすることができる。すなわち、外歯スプラインのみにＮｉＰめっきを形成した場合には、軸方向に沿って凹凸が形成された外歯スプラインの頂部（凸部）に施されたＮｉＰめっきのみが内歯スプラインに接触されるので、その部分に負荷が集中してＮｉＰめっきが剥がれやすくなる。つまり、内歯スプライン２１にＮｉＰめっき２２を形成することによって、ＮｉＰめっき２２を剥がれにくくするとともに、外歯スプライン１１を平坦化する製造工程を追加する必要がないので、コストの低減を図ることができる。

−実験例−
次に、本実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。この実験では、本実施形態に対応する実施例による動力伝達軸を作製するとともに、比較例による動力伝達軸を作製し、それぞれの摺動回数に対する摺動抵抗（静スライド抵抗および動スライド抵抗）について計測した。

なお、摺動抵抗の計測では、シャフトおよびスリーブに所定のねじりトルクを与えた状態で、シャフトおよびスリーブの軸方向への相対的な移動および停止を繰り返し行い、その際の静スライド抵抗および動スライド抵抗を計測した。

また、実施例による動力伝達軸では、内歯スプラインに施されるＮｉＰめっきの厚みを約８μｍとし、ＮｉＰめっきの硬度をビッカース硬度で約５００Ｈｖとし、ＮｉＰめっきのりん含有率を約９％とした。また、ＮｉＰめっきが施される母材（スリーブ）の硬度をビッカース硬度で約７００Ｈｖとした。つまり、実施例による動力伝達軸では、ＮｉＰめっきの硬度が母材の硬度よりも低くされている。これに対して、比較例による動力伝達軸では、内歯スプラインにコーティングを施しておらず、その他の構成については実施例による動力伝達軸と同様である。

計測結果を図４に示した。図４では、横軸が摺動回数であり、縦軸がスライド抵抗（スライド移動する際の摩擦抵抗）である。比較例による動力伝達軸（図４のコーティングなし）では、静スライド抵抗および動スライド抵抗がともに摺動回数の増加に応じて低下していた。これは、外歯スプラインと内歯スプラインとの間で歯面のなじみが生じたためであると考えられる。また、静スライド抵抗が動スライド抵抗よりも大きくなっていた。

これに対して、実施例による動力伝達軸（図４のコーティングあり）では、比較例による動力伝達軸に比べて、静スライド抵抗および動スライド抵抗が低下されていた。また、実施例による動力伝達軸では、摺動回数にかかわらず、静スライド抵抗および動スライド抵抗がほぼ一定であった。また、実施例による動力伝達軸では、比較例による動力伝達軸に比べて、静スライド抵抗および動スライド抵抗の差が小さくなっていた。また、実施例による動力伝達軸では、比較例による動力伝達軸と異なり、静スライド抵抗が動スライド抵抗を僅かに下回っていた。

上記した計測結果から、実施例による動力伝達軸では、内歯スプラインにＮｉＰめっきを施すことにより、スライド抵抗（摺動抵抗）が低減することが判明した。また、実施例による動力伝達軸では、静スライド抵抗および動スライド抵抗がほぼ一定であることから、ＮｉＰめっき（コーティング）の剥離が生じていないものと考えられる。さらに、実施例による動力伝達軸では、静スライド抵抗および動スライド抵抗の差が小さく、静スライド抵抗が動スライド抵抗を僅かに下回っているため、スティックスリップ現象の発生を抑制することができるので、異音および振動の発生を抑制することができる。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、本実施形態では、二輪駆動車両に設けられる動力伝達軸１００に本発明を適用する例を示したが、これに限らず、四輪駆動車両などに設けられる動力伝達軸に本発明を適用してもよい。

また、本実施形態では、自動変速機１５０の出力側とプロペラシャフト１６０の入力側との間の動力伝達軸１００に本発明を適用する例を示したが、これに限らず、中間スライド式のプロペラシャフトなどのその他の動力伝達軸に本発明を適用してもよい。この場合には、潤滑剤としてグリスを用いてもよい。

また、本実施形態では、ＮｉＰめっき２２が内歯スプライン２１のみに施される例を示したが、これに限らず、ＮｉＰめっきが内歯スプラインおよび外歯スプラインの両方に施されていてもよい。

また、本実施形態では、ホブ盤により外歯スプライン１１を形成する例を示したが、これに限らず、ホブ盤により外歯スプラインを形成した後に、転造盤により切削面を平坦化するようにしてもよい。また、ホブ盤によらず、転造盤により外歯スプラインを形成するようにしてもよい。

また、本実施形態では、シャフト１の一方端側が円柱状である例を示したが、これに限らず、シャフトの一方端側が円筒状であってもよい。

本発明は、スプライン嵌合構造を備えた動力伝達軸に利用可能である。

１ シャフト（内軸）
１ａ 外周面
２ スリーブ（外軸）
２ａ 内周面
１１ 外歯スプライン
２１ 内歯スプライン
２２ ＮｉＰめっき
１００ 動力伝達軸

Claims (3)

1. 外周面に外歯スプラインが形成された内軸と、
   内周面に内歯スプラインが形成された外軸とを備え、
   前記内軸および前記外軸がスプライン嵌合される動力伝達軸であって、
   前記内歯スプラインの表面には無電解ニッケルりんめっきが施され、
   前記無電解ニッケルりんめっきに対して熱処理が行われていないことを特徴とする動力伝達軸。
2. 請求項１に記載の動力伝達軸において、
   前記無電解ニッケルりんめっきに対して熱処理が行われていないことにより、前記無電解ニッケルりんめっきの硬度が前記外軸の硬度よりも低くされていることを特徴とする動力伝達軸。
3. 請求項１または２に記載の動力伝達軸において、
   前記内歯スプラインは、前記外歯スプラインに比べて歯面が平坦に形成されていることを特徴とする動力伝達軸。

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